摘要：全站儀是全站型電子速測(cè)儀的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種可以同時(shí)進(jìn)行角度（水平角、豎直角）測(cè)量、距離（斜距、平距、高差）測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測(cè)量?jī)x器。由于只需一次安置，儀器便可以完成測(cè)站上所有的測(cè)量工作，故被稱(chēng)為“全站儀”。

關(guān)鍵詞：光速值、棱鏡常數(shù)、HA+i-t

全站儀上半部分包含有測(cè)量的四大光電系統(tǒng)，即水平角測(cè)量系統(tǒng)、豎直角測(cè)量系統(tǒng)、水平補(bǔ)償系統(tǒng)和測(cè)距系統(tǒng)。通過(guò)鍵盤(pán)可以輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。以上各系統(tǒng)通過(guò)I/O接口接入總線與微處理機(jī)聯(lián)系起來(lái)。

微處理機(jī)（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩沖寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器）、運(yùn)算器和控制器組成。微處理機(jī)的主要功能是根據(jù)鍵盤(pán)指令啟動(dòng)儀器進(jìn)行測(cè)量工作，執(zhí)行測(cè)量過(guò)程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲(chǔ)存等工作，保證整個(gè)光電測(cè)量工作有條不紊地進(jìn)行。輸入輸出設(shè)備是與外部設(shè)備連接的裝置（接口），輸入輸出設(shè)備使全站儀能與磁卡和微機(jī)等設(shè)備交互通訊、傳輸數(shù)據(jù)。

目前，世界上許多著名的測(cè)繪儀器生產(chǎn)廠商均生產(chǎn)有各種型號(hào)的全站儀。

（一）全站儀的主要分類(lèi)：

電磁波測(cè)距按測(cè)程來(lái)分，有短程(＜3km)、中程(3—15km)和遠(yuǎn)程(＞15km)之分。

按測(cè)距精度來(lái)分，有Ⅰ級(jí)(5mm)、Ⅱ級(jí)(5mm—10mm)和Ⅲ級(jí)(＞10mm)。

按載波來(lái)分，采用微波段的電磁波作為載波的稱(chēng)為微波測(cè)距儀；采用光波作為裁波的稱(chēng)為光電測(cè)距儀。光電測(cè)距儀所使用的光源有激光光源和紅外光源(普通光源已淘汰)，采用紅外線波段作為載波的稱(chēng)為紅外測(cè)距儀。由于紅外測(cè)距儀是以砷化稼(GaAs)發(fā)光二極管所發(fā)的熒光作為載波源，發(fā)出的紅外線的強(qiáng)度能隨注入電信號(hào)的強(qiáng)度而變化，因此它兼有載波源和調(diào)制器的雙重功能。GaAs發(fā)光二極管體積小，亮度高，功耗小，壽命長(zhǎng)，且能連續(xù)發(fā)光，所以紅外測(cè)距儀獲得了更為迅速的發(fā)展。本節(jié)討論的就是紅外光電測(cè)距儀。

（二）測(cè)距原理

欲測(cè)定A、B兩點(diǎn)間的距離D，安置儀器于A點(diǎn)，安置反射鏡于B點(diǎn)。儀器發(fā)射的光束由A至B，經(jīng)反射鏡反射后又返回到儀器。設(shè)光速c為已知，如果光束在待測(cè)距離D上往返傳播的時(shí)間 。已知，則距離D可由下式求出D=ct/2

式中c＝c。／n，c。為真空中的光速值，其值為299792458m／s,，n為大氣折射率，它與測(cè)距儀所用光源的波長(zhǎng)，測(cè)線上的氣溫t, 氣壓P和濕度e有關(guān)。

測(cè)定距離的精度，主要取決于測(cè)定時(shí)間 的精度，例如要求保證±lcm的測(cè)距精度，時(shí)間測(cè)定要求準(zhǔn)確到6．7×10—lls，這是難以做到的。因此，大多采用間接測(cè)定法來(lái)測(cè)定 。間接測(cè)定的方法有下列兩種：

1．脈沖式測(cè)距

由測(cè)距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出光脈沖，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后，再由測(cè)距儀的接收系統(tǒng)接收，測(cè)出這一光脈沖往返所需時(shí)間間隔( )的鐘脈沖的個(gè)數(shù)以求得距離D。由于計(jì)數(shù)器的頻率一殷為300MHz(300×106Hz)，測(cè)距精度為O.5m，精度較低。

2．相位式測(cè)距

由測(cè)距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一種連續(xù)的調(diào)制光波，測(cè)出該調(diào)制光波在測(cè)線上往返傳播所產(chǎn)生的相依移，以測(cè)定距離D。紅外光電測(cè)距儀一般都采用相位測(cè)距法。

在砷化镕(GaAs)發(fā)光二極管上加了頻率為f的交變電壓(即注入交變電流)后，它發(fā)出的光強(qiáng)就隨注入的交變電流呈正弦變化，這種光稱(chēng)為調(diào)制光。測(cè)距儀在A點(diǎn)發(fā)出的調(diào)制光在待測(cè)距離上傳播，經(jīng)反射鏡反射后被接收器所接收，然后用相位計(jì)將發(fā)射信號(hào)與接受信號(hào)進(jìn)行相位比較，由顯示器顯出調(diào)制光在待測(cè)距離往、返傳播所引起的相位移φ。

（三）全站儀的常規(guī)操作與使用

不同型號(hào)的全站儀，其具體操作方法會(huì)有較大的差異。下面簡(jiǎn)要介紹全站儀的基本操作與使用方法。

1.全站儀的基本操作與使用方法

1）水平角測(cè)量

（1）按角度測(cè)量鍵，使全站儀處于角度測(cè)量模式，照準(zhǔn)第一個(gè)目標(biāo)A。

（2）設(shè)置A方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為0°00′00″。

（3）照準(zhǔn)第二個(gè)目標(biāo)B，此時(shí)顯示的水平度盤(pán)讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。

2）距離測(cè)量

（1）設(shè)置棱鏡常數(shù)

測(cè)距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會(huì)自動(dòng)對(duì)所測(cè)距離進(jìn)行改正。

（2）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值

光在大氣中的傳播速度會(huì)隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設(shè)置的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，此時(shí)的大氣改正為0ppm。實(shí)測(cè)時(shí)，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行改正。

（3）量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。

（4）距離測(cè)量

照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡中心，按測(cè)距鍵，距離測(cè)量開(kāi)始，測(cè)距完成時(shí)顯示斜距、平距、高差。

全站儀的測(cè)距模式一般有精測(cè)模式、跟蹤模式、粗測(cè)模式三種。精測(cè)模式是常用的測(cè)距模式，測(cè)量時(shí)間約2.5S，小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動(dòng)目標(biāo)或放樣時(shí)連續(xù)測(cè)距，小顯示一般為1cm，每次測(cè)距時(shí)間約0.3S；粗測(cè)模式，測(cè)量時(shí)間約0.7S，小顯示單位1cm或1mm。在距離測(cè)量或坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，可按測(cè)距模式（MODE）鍵選擇不同的測(cè)距模式。應(yīng)注意，有些型號(hào)的全站儀在距離測(cè)量時(shí)不能設(shè)定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。

3）坐標(biāo)測(cè)量

（1）設(shè)定測(cè)站點(diǎn)度盤(pán)讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為其方位角。

（2）設(shè)置棱鏡常數(shù)。

（3）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。

（4）量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。

（5）照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測(cè)量鍵，全站儀開(kāi)始測(cè)距并計(jì)算顯示測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

經(jīng)緯儀是可以在垂直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的那臺(tái)

水準(zhǔn)儀原理：肯定能測(cè)。原理與望遠(yuǎn)鏡測(cè)量距離相同，只是測(cè)量距離精度遠(yuǎn)低于經(jīng)緯儀。

（四）全站儀使用技巧

1、在已知兩點(diǎn)不能通視的情況下的測(cè)量，采用后方交會(huì)法：

主要用于在測(cè)量中，儀器無(wú)法在已知點(diǎn)上架設(shè)，或架設(shè)后無(wú)法看到其它已知坐標(biāo)點(diǎn)，而架設(shè)在任意地點(diǎn)完成設(shè)站。

該方法參與的已知點(diǎn)越多，設(shè)站精度越高。步驟：在任意點(diǎn)架設(shè)儀器（與已知兩點(diǎn)A/B角度大于15度），輸入A照準(zhǔn)，輸入B照準(zhǔn)，自動(dòng)完成測(cè)站設(shè)置，用B點(diǎn)作為后視點(diǎn)。兩個(gè)點(diǎn)夠用，3個(gè)點(diǎn)精度高點(diǎn)，4個(gè)點(diǎn)更好。

2、快速高程測(cè)量方法：

傳統(tǒng)的測(cè)量方法是水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量。兩種方法雖然各有特色，但都存在著不足。水準(zhǔn)測(cè)量是一種直接測(cè)高法，測(cè)定高差的精度是較高的，但水準(zhǔn)測(cè)量受地形起伏的限制，外業(yè)工作量大，施測(cè)速度較慢。三角高程測(cè)量是一種間接測(cè)高法，它不受地形起伏的限制，且施測(cè)速度較快。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索，總結(jié)出一種新的方法進(jìn)行三角高程測(cè)量。這種方法既結(jié)合了水準(zhǔn)測(cè)量的任一置站的特點(diǎn)，又減少了三角高程的誤差來(lái)源，同時(shí)每次測(cè)量時(shí)還不必量取儀器高、棱鏡高。使三角高程測(cè)量精度進(jìn)一步提高，施測(cè)速度更快。如果我們能將全站儀象水準(zhǔn)儀一樣任意置點(diǎn)，而不是將它置在已知高程點(diǎn)上，同時(shí)又在不量取儀器高和棱鏡高的情況下，利用三角高程測(cè)量原理測(cè)出待測(cè)點(diǎn)的高程，那么施測(cè)的速度將更快。假設(shè)B點(diǎn)的高程已知，A點(diǎn)的高程為未知，這里要通過(guò)全站儀測(cè)定其它待測(cè)點(diǎn)的高程。首先由（1）式可知：

HA=HB-(Dtan а+i-t) （2）

上式除了Dtanа即V的值可以用儀器直接測(cè)出外，i,t都是未知的。但有一點(diǎn)可以確定即儀器一旦置好，i值也將隨之不變，同時(shí)選取跟蹤桿作為反射棱鏡，假定t值也固定不變。從（2）可知：

HA+i-t=HB-Dtan а=W （3）

由(3)可知，基于上面的假設(shè)，HA+i-t在任一測(cè)站上也是固定不變的.而且可以計(jì)算出它的值W。

這一新方法的操作過(guò)程如下

1、 儀器任一置點(diǎn)，但所選點(diǎn)位要求能和已知高程點(diǎn) 通視。

2、 用儀器照準(zhǔn)已知高程點(diǎn)，測(cè)出V的值，并算出W的值。（此時(shí)與儀器高程測(cè)定有關(guān)的常數(shù)如測(cè)站點(diǎn)高程，儀器高，棱鏡高均為任一值。施測(cè)前不必設(shè)定。）

3、 將儀器測(cè)站點(diǎn)高程重新設(shè)定為W，儀器高和棱鏡高設(shè)為0即可。

4、 照準(zhǔn)待測(cè)點(diǎn)測(cè)出其高程。

下面從理論上分析一下這種方法是否正確。

結(jié)合（1），（3）

HB′=W+D′tan а′ (4)

HB′為待測(cè)點(diǎn)的高程

W為測(cè)站中設(shè)定的測(cè)站點(diǎn)高程

D′為測(cè)站點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的水平距離

а′為測(cè)站點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)垂直角

從(4)可知，不同待測(cè)點(diǎn)的高程隨著測(cè)站點(diǎn)到其的水平距離或觀測(cè)垂直角的變化而改變。

將（3）代入（4）可知：

HB′=HA+i-t+D′tan а′ （5）

按三角高程測(cè)量原理可知

HB′=W+D′tan а′+i′-t′ (6)

將（3）代入（6）可知：

HB′=HA+i-t+D′tan а′+i′-t′ (7)

這里i′,t′為0,所以：

HB′=HA+i-t+D′tan а′ (8)

由(5),(8)可知,兩種方法測(cè)出的待測(cè)點(diǎn)高程在理論上是一致的。也就是說(shuō)我們采取這種方法進(jìn)行三角高程測(cè)量是正確的。

綜上所述：將全站儀任一置點(diǎn)，同時(shí)不量取儀器高，棱鏡高。仍然可以測(cè)出待測(cè)點(diǎn)的高程。測(cè)出的結(jié)果從理論上分析比傳統(tǒng)的三角高程測(cè)量精度更高，因?yàn)樗鼫p少了誤差來(lái)源。整個(gè)過(guò)程不必用鋼尺量取儀器高，棱鏡高，也就減少了這方面造成的誤差。同時(shí)需要指出的是，在實(shí)際測(cè)量中，棱鏡高還可以根據(jù)實(shí)際情況改變，只要記錄下相對(duì)于初值t增大或減小的數(shù)值，就可在測(cè)量的基礎(chǔ)上計(jì)算出待測(cè)點(diǎn)的實(shí)際高程。